ES2342174T3 - CONTINUOUS HORIZONTAL METAL COLADA. - Google Patents
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Abstract
Un molde de colada horizontal para una colada horizontal de aluminio fundido que comprende un cuerpo del molde que forma una cavidad de extremo abierto del molde que tiene un extremo de entrada y un extremo de salida, un primer miembro anular permeable de pared montado en el cuerpo del molde adyacente al extremo de entrada de la cavidad del molde, formando una cara interna de la misma una cara interior del molde, una placa refractaria de transición montada en el extremo de entrada de la cavidad del molde, proporcionando dicha placa de transición una abertura de entrada del molde que tiene un corte transversal menor que el de la cavidad del molde y proporcionando de ese modo un reborde anular en el extremo de entrada de la cavidad, un medio de alimentación para introducir aluminio fundido a través de dicha abertura de entrada, y conductos primero y segundo para introducir un gas dentro de dicha cavidad del molde, colocado dicho primer conducto más cercano al reborde anular que el segundo conducto, en el que el primer conducto está adaptado para introducir gas para formar una cavidad libre de metal en una esquina entre el reborde y la pared de la cavidad y el segundo conducto está adaptado para introducir gas a través de dicho miembro permeable de pared para entrar en contacto con el aluminio adyacente a la cara interior del molde, y el primer conducto está conectado a una fuente de gas que es más reactivo al aluminio fundido y el segundo conducto está conectado a una fuente de gas que es menos reactivo al aluminio fundido, en el que el gas más reactivo es un gas que reacciona con el aluminio fundido para formar una capa o corteza sobre el mismo.A horizontal casting mold for a horizontal cast aluminum casting comprising a mold body forming an open end cavity of the mold having an inlet end and an outlet end, a first permeable wall annular member mounted in the body of the mold adjacent to the inlet end of the mold cavity, an inner face thereof forming an inner face of the mold, a transition refractory plate mounted at the inlet end of the mold cavity, said transition plate providing an opening of inlet of the mold having a cross section smaller than that of the cavity of the mold and thereby providing an annular flange at the inlet end of the cavity, a feeding means for introducing molten aluminum through said inlet opening, and first and second conduits for introducing a gas into said mold cavity, said first conduit positioned closer to the annular flange than the s second conduit, in which the first conduit is adapted to introduce gas to form a metal free cavity in a corner between the flange and the wall of the cavity and the second conduit is adapted to introduce gas through said permeable wall member to come into contact with the aluminum adjacent to the inner face of the mold, and the first conduit is connected to a gas source that is more reactive to molten aluminum and the second conduit is connected to a gas source that is less reactive to aluminum molten, in which the most reactive gas is a gas that reacts with molten aluminum to form a layer or crust on it.
Description
Colada continua horizontal de metales.Continuous horizontal casting of metals.
La presente invención versa acerca de una colada continua horizontal de metales, en particular metales ligeros tales como aluminio y sus aleaciones.The present invention is about laundry horizontal continuous of metals, in particular light metals such like aluminum and its alloys.
En la colada horizontal continua de metales, tal como aluminio, se mantiene el metal fundido en un depósito aislado y desde ahí se introduce dentro del extremo de entrada de una cavidad del molde horizontal de extremo abierto que tiene un eje generalmente horizontal. Dentro de la cavidad del molde se refrigera inicialmente el metal fundido lo suficiente como para formar un cuerpo metálico que comprende una capa o corteza externa que rodea un núcleo metálico aún fundido. Según sale este cuerpo metálico de la cavidad del molde, se le pulveriza refrigerante líquido, por ejemplo agua, para un enfriamiento y una solidificación adicionales.In continuous horizontal metal casting, such as aluminum, molten metal is kept in an insulated tank and from there it is introduced into the input end of a horizontal open end mold cavity having an axis generally horizontal. Inside the mold cavity is cooled initially molten metal enough to form a metallic body comprising an outer layer or crust surrounding a metal core still molten. As this metallic body of the mold cavity, liquid refrigerant is sprayed, by water example, for cooling and solidification additional.
Se introduce el metal fundido dentro de la cavidad del molde a través de una abertura o buza que tiene un corte transversal menor que el de la cavidad del molde, de manera que se forma un borde o un saliente en el extremo de entrada de la cavidad del molde. Normalmente, esta buza de entrada de metal es una placa refractaria con una abertura de entrada.The molten metal is introduced into the cavity of the mold through an opening or hub that has a cross section smaller than that of the mold cavity, so that an edge or projection is formed at the inlet end of the mold cavity. Normally, this metal inlet hub is a refractory plate with an inlet opening.
Según entra el metal fundido a través de la buza de entrada y se expande hacia fuera para llenar la cavidad del molde, se forma un menisco metálico entre el saliente de entrada y la pared periférica de la cavidad del molde. Por detrás de este menisco hay una cavidad de espacio relativamente libre de metal.As molten metal enters through the diver input and expands outward to fill the cavity of the mold, a metal meniscus is formed between the entrance projection and the peripheral wall of the mold cavity. Behind this Meniscus there is a relatively metal-free space cavity.
Para conseguir un flujo fluido de metal a través de la cavidad del molde sin que se adhiera a la pared de la cavidad, es bien conocido que se debe inyectar tanto un gas como un lubricante dentro del molde. En la patente US nº 4.157.728 se introduce un chorro de aire presurizado dentro de la cavidad por detrás del menisco para expandir el menisco hacia abajo por la pared periférica de la cavidad del molde. Además, se introduce un aceite para lubricar la pared de la cavidad del molde.To achieve a fluid flow of metal through of the mold cavity without adhering to the wall of the cavity, it is well known that both a gas and a gas must be injected lubricant inside the mold. In US Patent No. 4,157,728 it is introduces a stream of pressurized air into the cavity by behind the meniscus to expand the meniscus down the peripheral wall of the mold cavity. In addition, a oil to lubricate the wall of the mold cavity.
Wagstaff et al., patente U.S. nº 4.598.763 describe un sistema para inyectar una mezcla de gas y lubricante dentro de la cavidad del molde por medio de una porción permeable de pared de la pared periférica de la cavidad del molde. Se mezclan el gas y el lubricante en la pared permeable y son suministrados a la pared periférica de la cavidad. En una colada horizontal, se vuelve más complejo el problema de evitar la adherencia por la diferencia en la carga metalostática entre la parte superior y la parte inferior del molde que actúan en combinación con las distintas relaciones entre la placa refractaria de transición (con forma de disco) y la pared (cilíndrica) del molde. La inyección de gas en dichos moldes puede provocar que el óxido que se forma en la superficie del lingote emergente esté formado de forma desigual en torno a la periferia del lingote emergente con la formación resultante de defectos de la superficie.Wagstaff et al ., US Patent No. 4,598,763 describes a system for injecting a mixture of gas and lubricant into the mold cavity by means of a permeable wall portion of the peripheral wall of the mold cavity. The gas and the lubricant are mixed in the permeable wall and are supplied to the peripheral wall of the cavity. In a horizontal casting, the problem of avoiding adhesion due to the difference in metastatic loading between the top and bottom of the mold that act in combination with the different relationships between the transitional refractory plate (in the form of disk) and the wall (cylindrical) of the mold. The injection of gas into said molds can cause the oxide that forms on the surface of the emerging ingot to be unevenly formed around the periphery of the emerging ingot with the resulting formation of surface defects.
Watts, patente nº 3.630.266 describe una máquina de fundición horizontal en el que se inyecta gas por medio de pasadizos dentro de la cavidad del molde, por ejemplo, por detrás del menisco. El gas puede contener diversos lubricantes y se controla el flujo por medio de mediciones de la carga metálica.Watts, Patent No. 3,630,266 describes a machine of horizontal smelting in which gas is injected by means of passages inside the mold cavity, for example, from behind of the meniscus. The gas can contain various lubricants and is controls the flow through measurements of the metal load.
En Suzuki et al., patente U.S. nº 4.653.571 también se introduce gas dentro de las esquinas de entrada del molde, es decir, la cavidad detrás del menisco. Este diseño utiliza canales separados para introducir gas y lubricante y proporciona canales para controlar el escape de gas en ciertas ubicaciones en torno al molde.In Suzuki et al ., US Patent No. 4,653,571, gas is also introduced into the inlet corners of the mold, that is, the cavity behind the meniscus. This design uses separate channels to introduce gas and lubricant and provides channels to control gas leakage at certain locations around the mold.
En Johansen et al., solicitud internacional WO 91/00353, se suministra gas a una pared permeable en torno a la periferia del molde desde segmentos separados en torno al molde.In Johansen et al ., International application WO 91/00353, gas is supplied to a permeable wall around the periphery of the mold from separate segments around the mold.
En Wagstaff, patente U.S. nº 6.260.602 se describe un sistema de colada horizontal continua en el que la cavidad del molde tiene un ahusamiento hacia fuera y hay chorros de agua para refrigerar en una configuración alternada. El grado de ahusamiento y la colocación de los chorros de agua en torno al molde pueden variar para equilibrar las fuerzas de ensanchamiento con las fuerzas de contracción térmica y conseguir de esta manera una forma deseada de lingote. Por lo tanto, puede utilizarse en una máquina de fundición horizontal para obtener un lingote de corte transversal circular de un molde en el que se somete al metal a fuerzas gravitacionales desiguales.In Wagstaff, U.S. Pat. No. 6,260,602 se describes a continuous horizontal casting system in which the mold cavity has a taper out and there are jets of water to cool in an alternate configuration. The degree of tapering and placement of water jets around the mold they can vary to balance the widening forces with the thermal contraction forces and thus get a way desired ingot. Therefore, it can be used in a machine horizontal casting to obtain a cross-cut ingot circular of a mold in which the metal is subjected to forces uneven gravitational.
En Ohno, patente U.S. nº 4.605.056 se describe un sistema de colada horizontal continua en el que se proporciona un sistema de calentamiento auxiliar dentro del molde para retrasar la solidificación del metal.In Ohno, U.S. Patent No. 4,605,056 is described a continuous horizontal casting system in which it is provided an auxiliary heating system inside the mold to delay the solidification of the metal.
La formación de una superficie coherente en el cuerpo metálico formado dentro del molde es un aspecto importante de la colada continua horizontal. Por ejemplo, una corteza o capa externa desigual o incoherente dentro del molde puede adherirse al molde, lo que tiene como resultado una superficie irregular en un lingote fundido o puede producirse un "rebose" de metal fundido.The formation of a coherent surface in the metal body formed inside the mold is an important aspect of horizontal continuous casting. For example, a crust or layer Uneven or inconsistent external inside the mold can adhere to the mold, which results in an irregular surface in a molten ingot or metal overflow may occur molten.
Es un objetivo de la presente invención proporcionar un procedimiento mejorado para controlar el paso fluido del metal a través de una cavidad del molde horizontal y para conseguir, de ese modo, un lingote fundido con propiedades superficiales mejoradas.It is an objective of the present invention provide an improved procedure to control fluid flow of the metal through a horizontal mold cavity and for get, thus, a molten ingot with properties Improved surface.
Es un objetivo adicional de la presente invención poder aumentar el flujo térmico a través de la superficie del lingote emergente y conseguir una solidificación más rápida del lingote fundido.It is an additional objective of the present invention to be able to increase the thermal flow through the surface of the emerging ingot and achieve a faster solidification of the molten ingot
Otro objetivo adicional de la presente invención es obtener un lingote fundido que tenga una microestructura mejorada.Another additional objective of the present invention is to get a molten ingot that has a microstructure improved
Otro objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un medio para controlar de forma fiable el uso de lubricante para mejorar la calidad de la superficie del lingote fundido.Another additional objective of the present invention is to provide a means to reliably control the use of lubricant to improve the quality of the ingot surface molten.
En un aspecto, la presente invención versa acerca de un molde para una colada horizontal de metal fundido que comprende un cuerpo del molde que forma una cavidad de extremo abierto del molde que tiene un extremo de entrada y un extremo de salida. Hay montado un miembro de pared permeable anular en el cuerpo del molde adyacente al extremo de entrada de la cavidad del molde, formando una cara interna de la misma una cara interior del molde. Hay montada una placa refractaria de transición en el extremo de entrada de la cavidad del molde, proporcionando esta placa de transición una abertura de entrada del molde que tiene un corte transversal menor que el de la cavidad del molde. Esto proporciona un reborde anular en el extremo de entrada de la cavidad. Se proporcionan medios para introducir aluminio fundido a través de la abertura de la entrada. También se proporcionan conductos separados para introducir un gas dentro del reborde y la cara interna por medio del medio de pared permeable.In one aspect, the present invention is about a mold for horizontal casting of molten metal that comprises a mold body that forms an end cavity open mold that has an inlet end and an end of exit. An annular permeable wall member is mounted on the mold body adjacent to the inlet end of the cavity of the mold, forming an inner face thereof an inner face of the mold. A refractory transition plate is mounted at the end inlet mold cavity, providing this plate of transition an inlet opening of the mold that has a cut transverse smaller than that of the mold cavity. This provides an annular flange at the inlet end of the cavity. Be they provide means to introduce molten aluminum through the entrance opening. Separate ducts are also provided to introduce a gas into the flange and the inner face by medium permeable wall medium.
El gas introducido en el reborde forma una cavidad de espacio libre de metal detrás de un menisco metálico que se forma en la esquina entre el reborde y la pared de la cavidad.The gas introduced into the flange forms a metal free space cavity behind a metal meniscus that it forms in the corner between the flange and the wall of the cavity.
La introducción de gas a la cara interna forma una capa de gas entre el metal y la pared de la cavidad.The introduction of gas to the inner face forms a layer of gas between the metal and the wall of the cavity.
Preferentemente, también se introduce lubricante por medio de un conducto para que fluya dentro del medio de pared permeable. Este conducto está ubicado entre los dos conductos de gas.Preferably, lubricant is also introduced through a conduit to flow into the wall medium permeable. This duct is located between the two ducts of gas.
En una realización el conducto de gas que alimenta el reborde se comunica con el espacio o cavidad libre de metal en la esquina detrás del menisco metálico por medio de una pluralidad de ranuras o canales finos. En una realización particularmente preferente, este conducto de gas se comunica con la cavidad libre de metal por medio de una porción del medio de pared permeable.In one embodiment the gas conduit that feeds the flange communicates with the space or cavity free of metal in the corner behind the metal meniscus by means of a plurality of slots or fine channels. In one embodiment particularly preferred, this gas conduit communicates with the metal free cavity by means of a portion of the wall medium permeable.
Los dos conductos de gas están alimentados con distintos gases, siendo el gas que se comunica con la cavidad libre de metal más reactivo con el aluminio fundido que el gas que se comunica con la cara interna del molde.The two gas ducts are fed with different gases, being the gas that communicates with the free cavity metal more reactive with molten aluminum than the gas that is communicates with the inner face of the mold.
El gas más reactivo que se utiliza es uno que reacciona con el aluminio fundido, por ejemplo oxígeno, aire, silano, SF_{6} o metano, incluyendo mezclas de dicho gas en un gas inerte para formar una capa o corteza sobre el mismo. Cuando se utiliza oxígeno, aire o una mezcla de estos gases en un gas inerte (es decir, el gas reactivo es un gas oxidante), la capa comprende óxidos de aluminio y/o algunos de sus elementos de aleación. El gas menos reactivo que se utiliza es uno que reacciona comparativamente menos con el aluminio fundido y puede incluir aire, nitrógeno o gas inerte puro. El aire puede ser un gas menos reactivo (es decir, oxidante) únicamente cuando se utiliza con un gas más reactivo que el aire en la cavidad libre de metal. En una realización preferente particular, el gas más reactivo es oxígeno y el gas menos reactivo es una mezcla de oxígeno en gas inerte, tal como argón.The most reactive gas used is one that reacts with molten aluminum, for example oxygen, air, silane, SF6 or methane, including mixtures of said gas in a gas inert to form a layer or crust on it. When use oxygen, air or a mixture of these gases in an inert gas (that is, the reactive gas is an oxidizing gas), the layer comprises aluminum oxides and / or some of its alloy elements. The gas least reactive that is used is one that reacts comparatively less with molten aluminum and can include air, nitrogen or gas pure inert. Air can be a less reactive gas (i.e. oxidizer) only when used with a more reactive gas than the air in the metal free cavity. In a preferred embodiment In particular, the most reactive gas is oxygen and the least reactive gas It is a mixture of oxygen in inert gas, such as argon.
Al utilizar la inyección de dos etapas de gas en vez de la inyección de etapa única de la técnica anterior, se genera una película diseñada de productos de reacción (más frecuentemente óxidos) que contienen componentes de aleación de aluminio en la superficie del menisco de metal fundido. En particular, el uso del gas más reactivo en la ubicación corriente arriba mantiene el reborde libre de metal contra la carga metalostática, mientras que asegura la formación o la reparación rápida de una película resistente de soporte del producto de reacción sobre la superficie, mientras que el gas menos reactivo corriente abajo asegura un contacto mínimo entre la película del producto de reacción y las paredes del molde y al mismo tiempo minimiza los efectos perjudiciales de la reacción del lubricante con el gas que se producirían si se utilizase el mismo gas en todo momento. Así, esta combinación garantiza que se reduce el flujo térmico entre el metal y las paredes del molde (es decir, en el área denominada de enfriamiento primario) y que el lingote sale del molde con una temperatura superficial elevada y el enfriamiento y la solidificación se llevan a cabo casi completamente por medio de la aplicación del segundo refrigerante directamente a la superficie emergente. Así, se aumenta mucho el flujo térmico a través de la superficie en el punto de incidencia del refrigerante secundario y el resultado es una tasa elevada de solidificación esencialmente en el diámetro completo del lingote.When using two-stage gas injection in instead of the single stage injection of the prior art, it generates a designed film of reaction products (more frequently oxides) containing alloy components of aluminum on the surface of the molten metal meniscus. In In particular, the use of the most reactive gas in the current location upstairs keeps the flange free of metal against the load metastatic, while ensuring training or repair Fast from a sturdy product support film surface reaction, while the less reactive gas downstream ensures a minimum contact between the film of the reaction product and mold walls and at the same time minimizes the harmful effects of the lubricant reaction with the gas that would be produced if the same gas were used throughout moment. Thus, this combination ensures that the flow is reduced thermal between the metal and the walls of the mold (that is, in the area called primary cooling) and that the ingot leaves the mold with high surface temperature and cooling and solidification are carried out almost completely by means of the application of the second refrigerant directly to the surface emergent. Thus, thermal flux is greatly increased through the surface at the point of incidence of the secondary refrigerant and the result is a high solidification rate essentially in the full diameter of the ingot.
Esto significa que es posible una tasa de solidificación de más de 100ºC/seg, lo que tiene como resultado un lingote que tiene una estructura de grano fino. Por lo tanto, la invención versa adicionalmente acerca de un producto de lingote fundido que tiene una microestructura según está fundido radialmente uniforme que tiene un tamaño medio de célula (separación entre los brazos dendríticos inferior a 10 micrómetros). Además, el lingote tiene una irregularidad (R_{z}) de la superficie inferior a aproximadamente 50 micrómetros en al menos el 50% de cualquier superficie circunferencial del lingote fundido emergente.This means that a rate of solidification of more than 100 ° C / sec, which results in a Ingot that has a fine grain structure. Therefore, the invention is further about an ingot product cast which has a microstructure as it is radially cast uniform that has an average cell size (separation between dendritic arms less than 10 micrometers). In addition, the ingot has an irregularity (R_ {z}) of the surface less than approximately 50 micrometers in at least 50% of any circumferential surface of the emerging molten ingot.
La cantidad de lubricante añadida en la presente invención es reducida, y se utiliza principalmente para mejorar la eficacia del medio de pared permeable para conducir gas desde el conducto que alimenta la superficie interna del molde a la superficie. Esto requiere una cantidad mínima de lubricante. Por lo tanto, es ventajoso proporcionar un medio bastante preciso para determinar el requerimiento de lubricante. Conforme a una característica preferente de la invención, se ubican detectores para medir la resistencia eléctrica entre la pared de la cavidad del molde y el metal fundido en el molde. El flujo de lubricante varía en base a la resistencia medida.The amount of lubricant added herein invention is reduced, and is mainly used to improve the effectiveness of the permeable wall medium for conducting gas from the conduit that feeds the inner surface of the mold to the surface. This requires a minimum amount of lubricant. For the therefore, it is advantageous to provide a fairly accurate means to Determine the lubricant requirement. According to one preferred feature of the invention, detectors are located to measure the electrical resistance between the wall of the cavity of the mold and molten metal in the mold. The lubricant flow varies based on the measured resistance.
En los dibujos que ilustran ciertas realizaciones preferentes de la invención:In the drawings that illustrate certain Preferred embodiments of the invention:
La Fig. 1 es un alzado sencillo de un dispositivo típico de colada horizontal;Fig. 1 is a simple elevation of a typical horizontal casting device;
la Fig. 2 es una vista en corte transversal de un molde conforme a la presente invención;Fig. 2 is a cross-sectional view of a mold according to the present invention;
las Figuras 3a, 3b, 3c y 3d son vistas en corte transversal parcial de un molde de la presente invención que muestran diversas realizaciones de introducción de gas y/o lubricante;Figures 3a, 3b, 3c and 3d are sectional views. partial transverse of a mold of the present invention which show various embodiments of gas introduction and / or lubricant;
la Fig. 4 es una vista en corte transversal que muestra un dispositivo de medición de resistencia con una capa de aire en el molde;Fig. 4 is a cross-sectional view that shows a resistance measuring device with a layer of air in the mold;
la Fig. 5 es una vista en corte transversal que muestra el dispositivo de medición de resistencia sin capa de aire en el molde; yFig. 5 is a cross-sectional view that shows the resistance measuring device without air layer in the mold; Y
la Fig. 6 es un diagrama de bloques para la operación de la medición de la resistencia.Fig. 6 is a block diagram for the resistance measurement operation.
La Fig. 7 es una micrografía que muestra la microestructura según está fundido de un lingote fundido utilizando la presente invención.Fig. 7 is a micrograph showing the microstructure as molten from a molten ingot using The present invention.
La Fig. 1 muestra un molde típico de colada horizontal del tipo sobre el que versa la presente invención, que incluye un depósito aislado 10 de aluminio fundido, una artesa 12 de entrada y un molde 11 de colada horizontal. Se suministra un lingote 13 proveniente del molde y se transporta desde el molde por medio de un transportador 14.Fig. 1 shows a typical casting mold horizontal of the type on which the present invention is concerned, which includes an insulated tank 10 of cast aluminum, a trough 12 of entrance and a horizontal cast mold 11. A ingot 13 from the mold and is transported from the mold by means of a conveyor 14.
En la Figura 2 se muestra un cuerpo 16, 17 del molde de dos piezas, en el que se contienen canales 18 de agua alimentados por una tubería (no mostrada) de suministro de refrigerante y se comunica con un conjunto de agujeros alternados 20, 21 de salida de refrigerante en torno a la periferia del cuerpo del molde.A body 16, 17 of the two-piece mold, containing 18 water channels powered by a supply pipe (not shown) refrigerant and communicates with a set of alternating holes 20, 21 refrigerant outlet around the periphery of the body of the mold.
Hay montado un anillo anular permeable ahusado
24 de grafito dentro del cuerpo 16 del molde, de manera que forma
una superficie interna para el molde. Hay montado una placa 26 de
transición formada de material refractario corriente arriba (o el
extremo de entrada de metal) 28 del molde. Tiene una abertura de
corte transversal interior más pequeño que el anillo anular 24,
formando de ese modo un reborde y una cavidad 30 en la esquina del
molde. Se propor-
ciona una junta tórica 31 en la
intersección del anillo refractario 26, del anillo 24 de grafito y
del cuerpo 16 del molde.A tapered permeable annular ring 24 is mounted inside the mold body 16, so that it forms an internal surface for the mold. A transition plate 26 formed of upstream refractory material (or the metal inlet end) 28 of the mold is mounted. It has an inner cross-section opening smaller than the annular ring 24, thereby forming a flange and a cavity 30 in the corner of the mold. It is provided
act an o-ring 31 at the intersection of refractory ring 26, graphite ring 24 and mold body 16.
Los agujeros 20, 21 de salida de refrigerante pueden tener una separación variable y pueden estar dirigidos a distintos ángulos con respecto al eje del molde y puede variar el ahusamiento del anillo 24 de grafito en torno a la periferia del molde como se describe adicionalmente en la patente US nº 6.260.602. Se utiliza esta variación para compensar la asimetría vertical que se produce en la colada horizontal como se ejemplifica mediante la asimetría evidente en el frente de solidificación representado por la línea continua 56 presente en la colada. La abertura de entrada en la placa de transición también puede tener forma no circular y ubicada descentrada para compensar esta asimetría cuando se va a fundir un lingote circular.The coolant outlet holes 20, 21 they can have a variable separation and can be aimed at different angles with respect to the axis of the mold and can vary the tapering of the graphite ring 24 around the periphery of the mold as further described in US Patent No. 6,260,602. This variation is used to compensate for the vertical asymmetry that It occurs in horizontal laundry as exemplified by the evident asymmetry in the solidification front represented by the continuous line 56 present in the laundry. Entrance opening in the transition plate it can also have a non-circular shape and located off-center to compensate for this asymmetry when going to melt a circular ingot.
Se pueden suministrar gas y lubricante (cuando se utiliza) al interior del molde de diversas formas como se muestra en las Figuras 3a a 3d.Gas and lubricant can be supplied (when used) inside the mold in various ways as shown in Figures 3a to 3d.
Se mecanizan dos canales anulares 32, 34 en la cara externa del anillo anular 24 y están dotadas de conexiones (no mostradas) de alimentación a través del cuerpo del molde. A los canales anulares 32 y 34 se les suministran distintos gases, al canal 32 (el más cercano a la entrada al molde) se le introduce un gas más reactivo que el canal 34 (más alejado de la entrada al molde), por ejemplo una mezcla de oxígeno en argón y argón puro, respectivamente.Two annular channels 32, 34 are machined in the outer face of annular ring 24 and are provided with connections (not shown) feed through the mold body. To the annular channels 32 and 34 are supplied with different gases, by channel 32 (the closest to the entrance to the mold) is introduced a gas more reactive than channel 34 (farther from the entrance to the mold), for example a mixture of oxygen in argon and pure argon, respectively.
En la Figura 3a el gas suministrado por medio del canal anular 32 fluye a través del anillo permeable 24 para llenar la cavidad libre de metal formado en los rebordes adyacentes 30 del molde y el gas suministrado por medio del canal anular 34 fluye a través del anillo permeable 24 de grafito y forma una capa de gas en la interfaz adyacente entre el cuerpo metálico 40 en el molde y la cara interna del molde 42.In Figure 3a the gas supplied by means of the annular channel 32 flows through the permeable ring 24 to fill the metal-free cavity formed in adjacent flanges 30 of the mold and the gas supplied by means of the annular channel 34 flows through the permeable ring 24 of graphite and forms a layer of gas at the adjacent interface between the metal body 40 in the mold and the inner face of the mold 42.
En las Figuras 3b a 3d, se proporciona un canal anular adicional 33 en la cara externa del anillo de grafito al que se le suministra lubricante por medio de una o más conexiones a través del cuerpo (no mostrado) del molde. El lubricante penetra en el anillo poroso 24 de grafito para facilitar la introducción de gas a través del material. En la Figura 3b se introducen los gases y se comunican con el interior del molde como en la Figura 3a, excepto que la presencia del lubricante proporciona un flujo de gas más controlable.In Figures 3b to 3d, a channel is provided annular additional 33 on the outer face of the graphite ring to which lubricant is supplied through one or more connections to through the body (not shown) of the mold. The lubricant penetrates into the porous graphite ring 24 to facilitate the introduction of gas Through the material. In Figure 3b the gases are introduced and communicate with the interior of the mold as in Figure 3a, except that the presence of the lubricant provides more gas flow controllable.
Las cargas de gas y lubricante están controladas por medio de válvulas de control y de dispositivos de medición de diseño conocido (no mostrado).Gas and lubricant loads are controlled by means of control valves and measuring devices known design (not shown).
En la Fig. 3c, el canal anular 32 está colocado en un extremo del anillo 24 de grafito y se introduce gas desde el canal anular 32 a la cavidad 30 por medio de una pluralidad de ranuras o agujeros finos 44 en el borde del anillo de grafito.In Fig. 3c, the annular channel 32 is placed at one end of the graphite ring 24 and gas is introduced from the annular channel 32 to cavity 30 by means of a plurality of slots or fine holes 44 on the edge of the graphite ring.
En la Fig. 3d, se introduce gas de forma similar como en la Fig. 3b excepto que se proporciona una barrera impermeable 46 dentro del anillo 24 de grafito, separándolo en dos porciones, una de las cuales se utiliza para introducir gas desde el canal anular 32 y la otra para introducir gas/lubricante desde los canales anulares 33 y 34. Esto evita que el lubricante entre en la porción superior del anillo de grafito y entre en contacto con el gas suministrado desde el canal 32. También aísla, de forma más eficaz, los dos chorros de gas entre sí. La barrera impermeable también puede estar colocada de forma que se suministran gas y lubricante a la porción superior del anillo de grafito y de la cavidad, mientras que solo se suministra gas a la porción inferior del anillo de grafito.In Fig. 3d, gas is introduced in a similar way as in Fig. 3b except that a barrier is provided waterproof 46 inside the graphite ring 24, separating it in two portions, one of which is used to introduce gas from the annular channel 32 and the other to introduce gas / lubricant from annular channels 33 and 34. This prevents the lubricant from entering the upper portion of the graphite ring and come into contact with the gas supplied from channel 32. It also insulates, more effective, the two jets of gas with each other. Waterproof barrier it can also be placed so that gas and lubricant to the upper portion of the graphite ring and the cavity, while only gas is supplied to the lower portion of the graphite ring.
En algunas realizaciones el gas puede contener líquidos, por ejemplo en forma de gotitas que forman un vaho y en otras realizaciones el gas puede estar contenido dentro de un líquido para su suministro, por ejemplo en forma de una emulsión. Generalmente el líquido es un lubricante.In some embodiments the gas may contain liquids, for example in the form of droplets that form a mist and in other embodiments the gas may be contained within a liquid for delivery, for example in the form of an emulsion. Generally the liquid is a lubricant.
En otras realizaciones el lubricante también puede contener un gas, por ejemplo, al formar una emulsión del gas en el lubricante antes de que se suministre al canal de alimentación. Si el gas es reactivo con el gas suministrado a la cavidad, entonces se puede utilizar el producto de reacción para modificar la superficie diseñada del producto de reacción.In other embodiments the lubricant also may contain a gas, for example, when forming an emulsion of the gas in the lubricant before it is supplied to the feeding. If the gas is reactive with the gas supplied to the cavity, then the reaction product can be used to modify the designed surface of the reaction product.
Debido a que la inyección de gas dentro de la
cavidad 30, al igual que en la cara 42 del molde, el cuerpo
metálico 40 forma una superficie diseñada del producto de reacción
(generalmente óxidos del aluminio y/o algunos de sus elementos de
aleación) en la superficie externa. Esto proporciona un mayor grado
de aislamiento térmico de la cara 42 del molde que la que se
encuentra normalmente en moldes de colada y está aislad por lo tanto
del enfriamiento indirecto normal dentro de la cavidad del molde.
Por consiguiente, el lingote sale del molde con una temperatura
superficial mayor que la que se encuentra normalmente. Por lo tanto,
el refrigerante secundario 52 incide en la superficie 54 con un
flujo térmico mucho mayor del que se produce normalmente debido al
diferencial elevado de temperatura entre la superficie del lingote
y el refrigerante. El resultado es que (a) se forma un colector
menos profundo de metal líquido en el lingote emergente y (b) se
produce una tasa elevada de solidificación en todo el diámetro del
lingote. Se obtiene una tasa de solidificación superior a 100ºC/seg
(en comparación con la normal de 5 a 30ºC/seg), lo que tiene como
resultado una estructura uniforme de grano fino en todo el diámetro
del
lingote.Because the gas injection into the cavity 30, as in the face 42 of the mold, the metal body 40 forms a designed surface of the reaction product (generally aluminum oxides and / or some of its alloy elements) on the outer surface. This provides a greater degree of thermal insulation of the face 42 of the mold than is normally found in cast molds and is therefore isolated from normal indirect cooling within the mold cavity. Therefore, the ingot leaves the mold with a surface temperature higher than what is normally found. Therefore, the secondary refrigerant 52 impacts the surface 54 with a much greater thermal flux than is normally produced due to the high temperature differential between the ingot surface and the refrigerant. The result is that (a) a shallow collector of liquid metal is formed in the emerging ingot and (b) a high rate of solidification occurs throughout the diameter of the ingot. A solidification rate greater than 100 ° C / sec is obtained (compared to the normal 5 to 30 ° C / sec), which results in a uniform fine-grained structure across the entire diameter of the
ingot.
En la Figura 2 se muestra un frente típico de solidificación (es decir, el extremo del colector de metal fundido) 56 como una línea continua que puede compararse con el frente 58 de solidificación y el colector sustancialmente más profundo de los moldes de colada típico de la técnica anterior.Figure 2 shows a typical front of solidification (i.e. the end of the molten metal manifold) 56 as a continuous line that can be compared to front 58 of solidification and the substantially deeper collector of casting molds typical of the prior art.
El uso de un molde de colada como en la presente invención tiene como resultado un lingote uniforme de grano fino que tiene buenas propiedades de la superficie. Para mejorar adicionalmente las propiedades de la superficie se ha descubierto que es útil tratar la placa refractaria de transición para reducir su reactividad al aluminio fundido. La mayoría de tales placas de transición están fabricadas de sílice que contiene material refractario que es atacado por el aluminio fundido. El resultado es una reducción de la calidad de la superficie del lingote. Un medio tal de protección es añadir aditivos de óxido de bario o sulfato de bario al producto refractario, por ejemplo como se producen por medio de los procedimientos de la solicitud en tramitación como la presente con nº de serie 10/735.057 presentada el 11 de diciembre de 2003, titulada "Method for Suppressing Reaction of Molten Metals with Refractory Materials", transferida al mismo cesionario de la presente invención.The use of a casting mold as in the present invention results in a uniform fine grain ingot It has good surface properties. To improve additionally the surface properties have been discovered that it is useful to treat the transitional refractory plate to reduce its reactivity to molten aluminum. Most such plates transition are made of silica containing material refractory that is attacked by molten aluminum. The result is a reduction in the quality of the ingot surface. A medium such protection is to add barium oxide or sulfate additives of barium to the refractory product, for example as produced by means of the procedures of the application being processed as the present with serial number 10 / 735,057 filed on December 11 2003, entitled "Method for Suppressing Reaction of Molten Metals with Refractory Materials ", transferred to it Assignee of the present invention.
Es muy deseable poder utilizar la cantidad mínima de lubricante durante la colada de un lingote y la formación mejorada de una superficie diseñada de óxido en el metal que está siendo fundido conforme a la presente invención hace que sea posible una reducción en la cantidad del lubricante requerido dado que la contención del metal depende de la superficie diseñada de óxido formada de esta manera y menos en la superficie del molde. El aire y el lubricante suministrados a la cara del molde por medio del anillo anular permeable de grafito crean un colchón de aire en la superficie. En la Fig. 4 se muestra la posición preferente de operación con un pequeño espacio 60 entre el cuerpo metálico 40 que está siendo fundido y la cara 42 de la cavidad. Esta posición requiere la menor cantidad de lubricante. La Fig. 5 muestra la posición en la que no se ha mantenido el espacio y el cuerpo metálico 40 ha entrado sustancialmente en contacto con la cara 42 de la cavidad, punto en el que el lingote es susceptible de adherirse y desgarrarse. Se ha descubierto que este requerimiento de lubricante puede controlarse de forma automática por medio de la medición de la resistencia entre el cuerpo metálico fundido 20 y el molde 62. Esto se lleva a cabo instalando electrodos 64 y 66, de forma que se pueda medir la resistencia entre el aluminio fundido y el molde. Estos electrodos se conectan a un dispositivo 68 de medición de la resistencia.It is very desirable to be able to use the amount minimum lubricant during ingot casting and formation enhanced of a designed surface of rust on the metal that is being cast according to the present invention makes it possible a reduction in the amount of lubricant required given that metal containment depends on the designed surface of oxide formed in this way and less on the surface of the mold. He air and lubricant supplied to the mold face by means of the graphite permeable annular ring create an air mattress in the surface. In Fig. 4 the preferred position of operation with a small space 60 between the metal body 40 which It is being cast and the face 42 of the cavity. This position It requires the least amount of lubricant. Fig. 5 shows the position in which space and body have not been maintained metallic 40 has substantially come into contact with face 42 of the cavity, at which point the ingot is likely to adhere and tear apart. It has been discovered that this requirement of lubricant can be controlled automatically by means of the resistance measurement between molten metal body 20 and the mold 62. This is accomplished by installing electrodes 64 and 66, of so that the resistance between molten aluminum and mold. These electrodes are connected to a device 68 of resistance measurement.
Como se muestra en la Fig. 5, se introducen las entradas de los electrodos 64 y 66 en el dispositivo 68 de medición de resistencia y se obtiene una lectura de resistencia. Se introduce esta en un comparador 70 en el que se compara la resistencia con una resistencia objetivo. Según se acerca el molde a la condición mostrada en la Fig. 6, la resistencia aumenta y esto proporciona una señal a la bomba 72 de lubricante para aumentar el flujo de lubricante.As shown in Fig. 5, the electrode inputs 64 and 66 in the measuring device 68 of resistance and a resistance reading is obtained. Is introduced is in a comparator 70 in which the resistance is compared with an objective resistance. As the mold approaches the condition shown in Fig. 6, the resistance increases and this provides a signal to the lubricant pump 72 to increase the flow of lubricant.
La Figura 7 es una micrografía que muestra una porción de un corte transversal de un lingote fundido en el molde y conforme al procedimiento de la presente invención. La separación media interdendrítica medida es inferior a aproximadamente 10 micrómetros y se mide sustancialmente la misma separación en todas las ubicaciones radiales en el lingote. La irregularidad de la superficie del lingote (medida como R_{z}) en una longitud de 1,27 centímetros de la superficie es típicamente menor que 50 micrómetros en la mayoría de la superficie y normalmente menor que 30 micrómetros. Hay algunas porciones de la superficie que exhiben una R_{z} mayor, pero es una característica del producto de la presente invención que la irregularidad (R_{z}) de la superficie sea menor que 50 micrómetros en al menos el 50% de la superficie circunferencial del lingote.Figure 7 is a micrograph showing a portion of a cross section of a molten ingot in the mold and according to the process of the present invention. The separation measured interdendritic mean is less than about 10 micrometers and substantially the same separation is measured in all the radial locations in the ingot. The irregularity of the ingot surface (measured as R_Z) over a length of 1.27 centimeters of the surface is typically less than 50 micrometers on most of the surface and usually less than 30 micrometers There are some portions of the surface that exhibit a higher R_ {z}, but it is a characteristic of the product of the present invention that the irregularity (R z) of the surface is less than 50 micrometers on at least 50% of the surface ingot circumferential.
Claims (34)
- introducir continuamente aluminio fundido de una artesa de alimentación a través de una abertura en una placa refractaria de transición en un extremo de entrada de una cavidad de extremo abierto del molde formada dentro de un cuerpo del molde, proporcionando dicha placa de transición una abertura de entrada del molde que tiene un corte transversal menor que la de la cavidad del molde, proporcionando de ese modo un reborde en torno al extremo de entrada de la cavidad del molde,Introduce continuously cast aluminum from a feed trough to through an opening in a transition refractory plate in a inlet end of an open end cavity of the mold formed within a mold body, providing said plate transition a mold inlet opening that has a cut transverse smaller than that of the mold cavity, providing that way a flange around the inlet end of the cavity of the mold,
- mover dentro de la cavidad del molde el aluminio fundido más allá de una porción permeable refractaria de pared que forma parte de la cara interior de la cavidad del molde con la formación de un menisco metálico adyacente al reborde,move inside the mold cavity cast aluminum beyond a portion permeable wall refractory that is part of the inner face of the mold cavity with the formation of a metal meniscus adjacent to the flange,
- dirigir un primer flujo de un gas reactivo con el aluminio dentro del reborde para formar una cavidad libre de metal y que entra en contacto con el aluminio fundido para formar de ese modo un cuerpo de aluminio que tiene una superficie externa que comprende un producto de reacción del gas con el aluminio, yrun a first flow of a reactive gas with aluminum inside the flange to form a metal free cavity and that comes into contact with molten aluminum to thereby form an aluminum body which has an external surface comprising a product of reaction of gas with aluminum, and
- dirigir un segundo flujo de gas dentro de la cavidad del molde y en contacto con una capa del cuerpo de aluminio corriente abajo desde dicho primer flujo de gas,run a second gas flow into the mold cavity and in contact with a layer of the aluminum body downstream from said first gas flow,
- en el queat that
- el gas en el primer flujo es más reactivo al aluminio fundido que el gas en el segundo flujo.the gas in the first flow is more reactive to molten aluminum than the gas in the second flow
cional.26. A method as claimed in claim 22, wherein the lubricant contains an additive gas
tional
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